如何实现异步 connect

写过网络程序的同学，应该都知道 connect 函数，在 socket 开始读写操作之前，先要进行连接，也即 TCP 的三次握手 , 这个过程就是在 connect 函数中完成的, connect 函数本身是阻塞的，通过设置 socket 的选项及调用 select/poll 函数可以实现异步 connect 的功能

socket 默认是阻塞模式，处于阻塞模式时，调用 connect 函数之后， 会一直等待连接结果返回为止，要么成功，要么失败，connect 函数返回 0 时成功，返回 -1 失败

在局域网中，调用 connect 函数，基本上会立即返回结果，当服务器在国外时，connect 函数时会阻塞一段时间，大概几秒钟吧，具体的时间还要看当时的网络状况

为什么要用异步 connect

Linux 下 connect 默认的超时时间大概在一分钟左右（不同的Linux版本略有差别），在实际的开发中，这个时间显得有点儿长了

对于服务器来说，需要为很多的客户端服务，要尽量减少阻塞，所以，一般都是采用 异步 connect 的技术

对于每一个编写网络程序的同学来说，异步connect 应该是必须掌握的基本功

异步connect 步骤

(1) 创建socket，调用 fcntl 函数将其设置为非阻塞 

(2) 调用 connect 函数，返回 0 表示连接成功，返回 -1，需要检查错误码

    如果错误码为 EINPROGRESS，表示正在建立连接中
    
    如果错误码是 EINTR 表示，表示发生了系统中断，这时继续执行连接即可
    
    如果是其他错误码，调用 close(fd) 函数关闭 socket, 连接失败

(3) 将 socket 加入 select/poll 的可写文件描述符集合中，并设置超时时间

(4) 判断 select/poll 函数的返回值
    
    小于等于 0 表示失败
    
    其他，表示 socket 可写，调用 getsockopt 函数 捕获 socket 的错误信息
            

具体的代码如下：

/*
    异步 connect 测试代码, test_connect.cpp
*/
#include <stdint.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/select.h>
#include <poll.h>
#include <sys/un.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/tcp.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <errno.h>
#include <stdarg.h>
#include <poll.h>
#include <limits.h>
#include <iostream>
using namespace std;

int32_t main(int32_t argc, char *argv[])
{
    if(argc < 3)
    {
        std::cout << "argc < 3..." << std::endl;
        return -1;
    }
    std::string strip = argv[1];
    uint32_t port = atoi(argv[2]);
    //创建 socket
    int32_t fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(-1 == fd)
    {
        std::cout << "create socket error:" << errno << std::endl;
        return -1;
    }
    //将 socket 设置成非阻塞
    int32_t flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
    flag |= O_NONBLOCK;
    if(-1 == fcntl(fd, F_SETFL, flag))
    {
        std::cout << " set socket nonblock error:" << errno << std::endl;
        close(fd);
        return -1;
    }
    //服务器地址
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(port);
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(strip.c_str());
    //
    for(; ;)
    {
        //连接服务器
        int32_t ret = connect(fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr) );
        if(-1 == ret)
        {
            int32_t err = errno;
            if(EINTR == err)
            {
                //connect被中断，继续重试
                //如果不处理 EINTR 错误的话，connect逻辑可以不用放到 for 循环中
                continue;
            }
            if(EINPROGRESS != err)
            {
                std::cout << "connect err:" << errno << ", str:" << strerror(errno) <<  std::endl;
                goto exit;
            }
            //正在连接中
            std::cout << "connecting..." << std::endl;
            //处理结果
            int32_t result = -1;
    #if 1
            //将 socket 加入到 poll 的可写集合中
            struct pollfd wfd[1];
            wfd[0].fd = fd;
            wfd[0].events = POLLOUT;
            //检测 socket 是否可写
            result = poll(wfd, 1, 3000);
    #elif 0
            //设置超时时间
            struct timeval tval;
            tval.tv_sec = 3;
            tval.tv_usec = 0;
            //将 socket 加入到 select 的可写集合中
            fd_set wfds;
            FD_ZERO(&wfds);
            FD_SET(fd,&wfds);
            //检测 socket 是否可写
            result = select(fd + 1, nullptr, &wfds, nullptr,&tval);
    #endif
            std::cout << "async connect result:" << result << std::endl;
            // 失败
            if(result <= 0 )
            { 
                std::cout << "async connect err:" << errno << ", str:" << strerror(errno) << std::endl;
                goto exit;
            }
            //检查socket 错误信息
            int32_t temperr = 0;
            socklen_t temperrlen = sizeof(temperr);
            if(-1 == getsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, (void*)&temperr, &temperrlen) )
            {
                std::cout << "async connect...getsockopt err:" << errno << ", str:" << strerror(errno) <<  std::endl;
                goto exit;
            }
            if(0 != temperr)
            {
                std::cout << "async connect...getsockopt temperr:" << temperr << ", str:" << strerror(temperr) << std::endl;
                goto exit;
            }
            //成功
            std::cout << "async connect success..." << std::endl;
            goto exit;
        }
        else
        {
             //连接成功
            std::cout << "connect success..." << std::endl;
            goto exit;          
        }
    } // end of  for(; ;)
exit:
    std::cout << "quit...." << std::endl;
    close(fd);
    return 0;
}

• 代码说明

如果不处理 EINTR 错误的话，connect 函数及后面的逻辑可以不用放到 for 循环中

检查 socket 是否可写，调用 select 或者 poll 函数都可以，上述代码中使用的是 poll 函数，将代码中的 #if 1 改成 #if 0 以及 #elif 0 改成 #elif 1 , 就是使用 select 函数检测 socket 是否可写了

测试

在另一台机器上执行 nc -l -v -k 192.168.70.20 5000 命令，启动一个服务器程序

在当前机器上执行 g++ -g -Wall -std=c++11 -o test_connect test_connect.cpp 进行编译

执行 ./test_connect 192.168.70.20 5000, 结果如下图

此时，服务器程序显示如下：

通过 test_connect 程序端的截图可以看出，调用 connect 函数之后，返回了 EINPROGRESS 错误码，然后调用 select/poll 函数返回 1, 表示 socket 可写，紧接着调用 getsockopt 函数检查 socket 错误信息，通过打印的信息知道，socket 无错误信息，即 连接成功

我们在服务器机器上按 CTRL + C 停止服务器程序，然后关闭 test_connect 程序，再次执行 ./test_connect 192.168.70.20 5000 ，结果如下图：

从上图可以看出，即使服务器程序已经退出了，调用 select/poll 之后还是返回 socket 可写，当继续调用 getsockopt 函数检查 socket 错误码，此时错误码是 111， 表示连接被拒绝，也即连接失败

这里要注意一个很重要的点, 在 Linux 上，即使 socket 没有连接成功，调用 select/poll 时，仍然返回 socket 是可写的，所以 除了调用 select/poll 检查 socket 可写之外，还需要调用 getsockopt 函数检查 socket 的错误码，错误码为 0 表示连接成功，其他表示连接失败